磁敏感加權(quán)成像在輕型顱腦外傷中的應(yīng)用

楊染，曾文兵，翟昭華，高才良

( 1.重慶三峽中心醫(yī)院放射科，重慶萬(wàn)州　404000; 2.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，四川南充　637000)

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磁敏感加權(quán)成像在輕型顱腦外傷中的應(yīng)用

楊染1，2，曾文兵1，翟昭華2，高才良1

( 1.重慶三峽中心醫(yī)院放射科，重慶萬(wàn)州404000; 2.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，四川南充637000)

【摘要】磁敏感加權(quán)成像( susceptibility-weighted imaging，SWI)是利用組織間磁敏感差異而成像的新技術(shù)，它具有三維成像、高分辨率、完全流動(dòng)補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)，它對(duì)顱內(nèi)出血尤其是彌漫性軸索損傷十分敏感。本文主要對(duì)其原理和在輕型顱腦外傷中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】磁敏感加權(quán)成像;磁共振成像;腦外傷;彌漫性軸索損傷

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間: 2016-3-4 10∶16網(wǎng)絡(luò)出版地址: http: / /www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160304.1016.078.html

創(chuàng)傷性顱腦損傷( traumatic brain injury，TBI)是現(xiàn)代社會(huì)中非疾病死亡或殘疾的重要原因，其發(fā)生率逐年增高，而且耗資巨大，已成為公共衛(wèi)生問題越來(lái)越引起社會(huì)的關(guān)注。據(jù)報(bào)道［1］，顱腦外傷中約75%的病人為輕型顱腦外傷( mild traumatic brain injury，mTBI)，常常伴有短暫或持續(xù)的臨床癥狀，如頭痛、記憶減退、注意力下降、失眠、焦慮等，常規(guī)CT 和MRI很難發(fā)現(xiàn)異常，而磁敏感加權(quán)成像( susceptibility-weighted imaging，SWI)利用不同組織間磁敏感性差異產(chǎn)生圖像對(duì)比，對(duì)顯示血液代謝產(chǎn)物十分敏感，對(duì)發(fā)現(xiàn)腦外傷所致微出血( cerebral microbleedings，CMBs)及彌漫性軸索損傷出血灶具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以清晰的顯示病灶的部位、大小和數(shù)目，對(duì)mTBI的診斷具有重要的臨床價(jià)值。

1　輕型顱腦外傷

創(chuàng)傷性顱腦損傷在外力的作用下常常發(fā)生大腦功能或組織病理的改變［2］，依據(jù)格拉斯哥昏迷評(píng)分( GCS)分為三型［3］:輕型、中型和重型，其中≥13分為輕型，9～12為中型，≤8為重型［4］。輕型顱腦外傷的診斷標(biāo)準(zhǔn)在不斷變化，2009年3月美國(guó)國(guó)防部頒布的臨床實(shí)踐指南依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn): ( 1)短暫的意識(shí)喪失低于30 min; ( 2)短暫的意識(shí)改變達(dá)到24小時(shí); ( 3)外傷后記憶缺失小于1 d; ( 4)外傷后第1個(gè)24 h GCS評(píng)分13～15分; ( 5) CT掃描顱腦陰性。mTBI的腦損傷主要包括腦震蕩、外傷性軸索損傷( traumatic axonal injury，TAI)及腦挫裂傷等。其主要征象為出血，且出血灶多以微出血灶為主，CT難以發(fā)現(xiàn)異常，極易漏診［5］。所以發(fā)現(xiàn)mTBI病灶能夠?yàn)榕R床提供相關(guān)的循證影像醫(yī)學(xué)證據(jù)，成為影像學(xué)的需要。

TBI通常包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷兩個(gè)階段。原發(fā)性腦損傷是外傷時(shí)立即發(fā)生的腦損傷，通常不能逆轉(zhuǎn);繼發(fā)性損傷是外傷后延遲發(fā)生的損傷，并能持續(xù)進(jìn)展，但能提供治療時(shí)機(jī)［6］。原發(fā)性損傷主要源于暴力或加、減速運(yùn)動(dòng)引起的直接或間接機(jī)械損傷，包括腦挫裂傷、原發(fā)性腦干損傷、軸索剪力傷及微脈管損傷等。繼發(fā)性腦損傷是組織細(xì)胞經(jīng)過一系列復(fù)雜的代謝級(jí)聯(lián)引起的非機(jī)械性損傷，包括細(xì)胞膜破壞內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡引起的神經(jīng)細(xì)胞凋亡和死亡，血管損傷引起自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)致腦血流量降低，自由基的釋放等［7－8］。

TAI是TBI的一種特殊類型，主要由于暴力作用瞬間，顱腦發(fā)生旋轉(zhuǎn)、加速或減速運(yùn)動(dòng)，由于灰、白質(zhì)組織密度差異，運(yùn)動(dòng)速度不一致，產(chǎn)生瞬間剪切力，不同密度的腦組織發(fā)生相對(duì)位移，造成軸索結(jié)構(gòu)的破壞和小血管斷裂［9］。所以這種損傷主要發(fā)生在軸索聚集區(qū)的不同密度組織結(jié)構(gòu)間，如灰白質(zhì)交界區(qū)、兩側(cè)大腦半球間的胼胝體、基底節(jié)區(qū)、腦干上端背外側(cè)及小腦等區(qū)域。其主要病理改變是神經(jīng)軸索腫脹斷裂，以及并行血管的破裂出血，其出血常多發(fā)而少量［10］。TAI是顱腦外傷中普遍存在的病理變化，最初有學(xué)者認(rèn)為［11］，TAI僅限于意識(shí)改變嚴(yán)重的患者，近年研究發(fā)現(xiàn)［12］，TAI可以發(fā)生在所有TBI類型中，包括mTBI患者，從短暫性意識(shí)障礙到持續(xù)性昏迷均可合并TAI。在最新聯(lián)邦機(jī)構(gòu)間倡議( Federal Interagency Initiative)提出的神經(jīng)影像指南中［13］，將TAI分為局灶性(≤3個(gè)異常信號(hào))和彌漫性(＞3個(gè)異常信號(hào))兩類，彌漫性軸索損傷( diffuse axonal injury，DAI)是臨床常見的類型。因?yàn)镃T和常規(guī)MRI不易顯示TAI，所以對(duì)TAI的診斷主要是根據(jù)影像檢查結(jié)果與嚴(yán)重的神經(jīng)功能缺陷不一致作為主要推理依據(jù)［14］。

2　SWI的成像原理

SWI是利用磁場(chǎng)中不同組織局部或內(nèi)部間磁敏感性差異形成影像對(duì)比的技術(shù)，反映的是組織磁化屬性。SWI以T2*加權(quán)梯度回波作為基礎(chǔ)序列，利用三維采集信號(hào)，空間分辨率明顯提高;同時(shí)采用薄層掃描技術(shù)，明顯降低了背景場(chǎng)T2*噪聲影響，并在3個(gè)方向上加以完全性流動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)以消除小動(dòng)脈的影響［15］，可以同時(shí)獲得幅度圖( magnitude image)和相位圖( phase image)，二者成對(duì)出現(xiàn)，且其對(duì)應(yīng)的解剖關(guān)系完全一致。相位圖對(duì)磁場(chǎng)中磁敏感性不同的物質(zhì)敏感，通過相位蒙片和加權(quán)等處理能突出顯示磁敏感物質(zhì);幅度圖主要顯示解剖細(xì)節(jié)，T1WI、T2WI就是幅度圖。通過將相位圖進(jìn)行高通濾波，消除非病變引起的背景T2*信號(hào)丟失，然后形成模像，再由模像與幅度圖整合形成SWI圖像。而傳統(tǒng)的GRE序列僅僅采用幅度圖數(shù)據(jù)，所以SWI能夠更清楚的顯示血紅蛋白代謝產(chǎn)物與周圍腦組織的對(duì)比［16］。

SWI可以敏感地反映物質(zhì)在外加磁場(chǎng)作用下的磁化程度，用磁化率來(lái)度量。常見的磁敏感物質(zhì)有: ( 1)順磁性物質(zhì):血紅蛋白的代謝產(chǎn)物如脫氧血紅蛋白、含鐵血黃素及正鐵血紅蛋白等都是高順磁性物質(zhì)。( 2)反磁性物質(zhì):鈣化是最常見的反磁性物質(zhì)。( 3)鐵磁性物質(zhì):主要是鐵、鈷、鎳3種。無(wú)論是順磁性物質(zhì)還是反磁性物質(zhì)，均能改變局部磁場(chǎng)不均勻而引起的質(zhì)子失相位，使質(zhì)子自旋頻率產(chǎn)生差異。在一個(gè)足夠長(zhǎng)TE的作用下，自旋頻率不同的物質(zhì)間就形成明顯的相位差別［17］，據(jù)此，磁敏感度不同的組織在SWI相位圖上就可以被區(qū)別出來(lái)。由于出血灶中含有脫氧血紅蛋白、含鐵血黃素及正鐵血紅蛋白等高順磁性物質(zhì)，使局部磁場(chǎng)不均勻，盡管這種差異很小，但足以使小出血灶與周圍物質(zhì)產(chǎn)生相位差別而被突出顯示。

3　SWI在mTBI診斷中的應(yīng)用

多層螺旋CT以其掃描速度快、薄層掃描、三維成像和多平面重建等優(yōu)點(diǎn)，仍然是腦外傷的首選檢查方法，它能及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)顱骨骨折、大的顱內(nèi)出血、腦挫裂傷、中線移位等，從而指導(dǎo)臨床采取迅速的治療措施［18］，但是它難以發(fā)現(xiàn)小出血灶及TAI病變。常規(guī)MRI具有多參數(shù)成像，軟組織分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，能清楚的顯示腦組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)的改變，也能發(fā)現(xiàn)腦水腫和部分出血灶，但由于對(duì)磁化率變化的相對(duì)不敏感及空間分辨率的相對(duì)較低，所以對(duì)微小出血灶的顯示敏感性相對(duì)較低，從而低估了TBI的病情［19－20］。

SWI是目前顯示顱內(nèi)出血最敏感的序列之一，尤其是對(duì)顱內(nèi)微出血特別敏感［21］。其在1. 5T和3. 0T的數(shù)據(jù)采集分辨率能分別達(dá)到1. 0 mm3和0. 5 mm3。微出血泛指＜5mm的出血灶，被看做是出血性DAI的標(biāo)志［22］，好發(fā)于基底節(jié)、丘腦、皮層下白質(zhì)、小腦及腦干等部位。微出血主要是因?yàn)槲⒀芷屏眩鲅顑?nèi)的血紅蛋白代謝產(chǎn)物，如脫氧血紅蛋白及含鐵血黃素等均是高順磁性物質(zhì)，造成局部磁場(chǎng)不均，質(zhì)子自旋快速失相位，T2縮短，信號(hào)減低，與鄰近組織對(duì)比增強(qiáng)而被檢測(cè)出來(lái)。研究發(fā)現(xiàn)SWI對(duì)出血性損傷比傳統(tǒng)MRI序列敏感，SWI能比傳統(tǒng)MRI序列多檢出30%以上的微小出血灶［23］，并且其對(duì)微小出血灶的敏感度是常規(guī)梯度回波序列的3～6倍［24］。Akter等［25］將SWI與GRE及GREEPI序列對(duì)腦內(nèi)出血灶檢出能力做對(duì)比研究，結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)SWI對(duì)小出血灶的檢出具有更高的敏感性，并且其對(duì)幕下和顱底的小出血灶同樣很敏感。Tong等［26］的研究發(fā)現(xiàn)，SWI檢測(cè)出血灶的數(shù)量接近T2*WI的6倍，診斷出血灶的體積幾乎是T2*WI 的2倍，病灶可小于10 mm2。SWI不僅對(duì)腦實(shí)質(zhì)的微小出血灶敏感，而且在某些情況下，對(duì)蛛網(wǎng)膜下腔出血( SAH)及腦室內(nèi)出血的檢測(cè)較CT更敏感。Wu等［27］運(yùn)用SWI對(duì)外傷性SAH評(píng)價(jià)研究表明，SWI對(duì)腦室內(nèi)出血的檢出優(yōu)于CT，而且對(duì)少量SAH也十分敏感。所以SWI比常規(guī)MRI能發(fā)現(xiàn)更多、更小的出血病灶，能更確切的顯示出血灶的部位、大小和數(shù)目，對(duì)客觀判斷腦外傷的嚴(yán)重程度具有重要的指導(dǎo)意義。

SWI顯示病灶的數(shù)目和體積與患者的GCS分?jǐn)?shù)及預(yù)后具有密切關(guān)系?；颊卟≡顢?shù)目和體積代表腦組織損傷、壞死或膠質(zhì)增生的程度，病灶數(shù)目越多、體積越大，表明損傷的部位越廣泛及腦組織損傷范圍越大。Tong等［28］研究發(fā)現(xiàn)，SWI序列顯示的病灶數(shù)目和體積與GCS評(píng)分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，GCS分?jǐn)?shù)較低(≤8)或昏迷時(shí)間較長(zhǎng)(＞4天)的患兒出血灶的數(shù)量和體積明顯大于預(yù)后較好的患兒;在受傷6～12個(gè)月后，已經(jīng)恢復(fù)正?；蜉p度殘疾患兒出血灶的數(shù)目和體積明顯小于中、重度殘疾和植物生存狀態(tài)的患兒。韓成坤等［29］對(duì)DAI研究發(fā)現(xiàn)，與出血灶的體積相比，DAI病灶的數(shù)量與GCS評(píng)分的相關(guān)性更強(qiáng)。王曉陽(yáng)等［30］另外還發(fā)現(xiàn)GCS分?jǐn)?shù)與SWI所示中線結(jié)構(gòu)出血灶數(shù)目也呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與雙側(cè)顳枕葉出血灶數(shù)目無(wú)明顯相關(guān)，這可能由于腦干中存有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它可調(diào)節(jié)肌張力，影響軀體運(yùn)動(dòng)，參與覺醒、警覺和睡眠，調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動(dòng)，并與呼吸、心跳和血壓有著密切關(guān)系，因?yàn)槟X干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的生命中樞受到損傷，導(dǎo)致臨床GCS評(píng)分較低。

SWI對(duì)mTBI的診斷及預(yù)后具有重要的意義。蔣熙攘等［31］研究發(fā)現(xiàn)，mTBI患者傷后是否存在意識(shí)障礙與SWI檢出微出血灶有關(guān)，并且出血灶的數(shù)目越多、越廣泛，傷后發(fā)生顱腦損傷后綜合征( PTBS)的可能性越大。林金蓮等［32］對(duì)mTBI進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，SWI在檢測(cè)出血灶陽(yáng)性患者及出血灶數(shù)量方面均顯著高于常規(guī)MRI，并且推測(cè)，昏迷組患者的PTBS發(fā)生率比非昏迷組高可能與昏迷組出血灶檢出率高于非昏迷組有關(guān)。Beauchamp等［33］研究發(fā)現(xiàn)，SWI不僅能夠發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重DAI患者的病灶，而且能夠顯示輕型或者局灶的顱腦損傷病灶;大約19%的CT檢查陰性的mTBI患者，SWI能夠發(fā)現(xiàn)出血病灶，且SWI顯示病灶數(shù)目越多，智力功能就越差。另對(duì)mTBI抑郁患者隨訪發(fā)現(xiàn)［34］，SWI顯示抑郁組顱內(nèi)出血灶的數(shù)量和體積均大于非抑郁組，且這種差異表現(xiàn)在額顳頂葉，其它區(qū)域沒有顯著差異。所以SWI能夠更好的診斷和評(píng)估m(xù)TBI患者的病情，為mTBI的治療和預(yù)后提供幫助。

4　SWI對(duì)出血灶的鑒別診斷

SWI對(duì)出血表現(xiàn)為低信號(hào)，而顱內(nèi)一些其它的病變和結(jié)構(gòu)也可以表現(xiàn)為相似的信號(hào)，所以需要鑒別: ( 1)鈣化灶:鈣化是反磁性物質(zhì)，所以表現(xiàn)為低信號(hào)。但出血為順磁性物質(zhì)，在相位圖上，鈣化表現(xiàn)為高信號(hào)或高信號(hào)為主的混雜信號(hào)，出血表現(xiàn)為低信號(hào)或低信號(hào)為主的混雜信號(hào)［35］。( 2)正常小靜脈:正常小靜脈具有血管結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，且邊緣光滑，通過觀察連續(xù)層面可以鑒別。( 3)與正?；屹|(zhì)核團(tuán)的鑒別:灰質(zhì)核團(tuán)雙側(cè)對(duì)稱，形態(tài)規(guī)則，在SWI表現(xiàn)為稍低信號(hào)，而出血表現(xiàn)為明顯低信號(hào)［29］。

5　問題及展望

SWI的主要缺點(diǎn)一是掃描時(shí)間長(zhǎng)，容易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影，對(duì)患者的配合要求高;二是對(duì)部分非出血性小病灶，SWI與常規(guī)MRI均不能很好顯示;三是對(duì)組織磁化率差異較大的區(qū)域(如顱底的含氣鼻竇)，成像受到一定的限制。但SWI由于對(duì)出血灶的高度敏感性，能夠比常規(guī)CT和MRI發(fā)現(xiàn)更多、更小的病灶，能夠更加明確病灶的部位和范圍，所以對(duì)TBI患者尤其是輕型顱腦外傷具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)檩p型顱腦外傷提供循證醫(yī)學(xué)依據(jù)，對(duì)臨床治療和醫(yī)學(xué)鑒定等均有很大的幫助。隨著4.0T甚至7.0T磁共振的開發(fā)應(yīng)用，后處理軟件的不斷改進(jìn)，檢查時(shí)間將不斷縮短，圖像分辨率不斷提高，SWI將會(huì)成為輕型顱腦損傷的常規(guī)和首選序列。

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(學(xué)術(shù)編輯:董國(guó)禮)

綜述

Application of susceptibility-weighted imaging in mild traumatic brain injury

YANG Ran1，2，ZENG Wen-bing1，ZHAI Zhao-hua2，GAO Cai-liang1
( 1.Department of Radiology，Wanzhou Three Gorges Central Hospital，Chongqing 404000; 2.Department of Radiology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，Sichuan，China)

【Abstract】Susceptibility-weighted imaging is a new technique that exploits differences in magnetic susceptibility between tissues.It is characterized by three-dimension，high-resolution，fully velocity compensation.It is very sensitive to intracranial bleeding especially diffuse axonal injury.In this article，we present a review focusing on the principles and application of susceptibility-weighted imaging.

【Key words】Susceptibility-weighted imaging; Magnetic resonance imaging; Traumatic brain injury; Diffuse axonal injury

作者簡(jiǎn)介:楊染( 1982－)，男，碩士，主治醫(yī)師。通訊作者:曾文兵，E-mail: 422817593@ qq.com

基金項(xiàng)目:重慶市衛(wèi)生局醫(yī)學(xué)科研計(jì)劃項(xiàng)目( 2015MSXM128)

收稿日期:2015－02－11

doi:10. 3969/j. issn. 1005-3697. 2016. 01.39

【文章編號(hào)】1005-3697( 2016) 01-0142-04

【中圖分類號(hào)】R445.2

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A